Éter de metilcelulosa a temperatura ambiente para curar hormigón de muy alto rendimiento

Abstracto: Al cambiar el contenido de éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) en concreto de ultra alto rendimiento (UHPC) de curado a temperatura normal, se estudió el efecto del éter de celulosa sobre la fluidez, el tiempo de fraguado, la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión del UHPC. , resistencia a la tracción axial y valor último de tracción, y se analizaron los resultados. Los resultados de las pruebas muestran que: agregar no más del 1,00% de HPMC de baja viscosidad no afecta la fluidez del UHPC, pero reduce la pérdida de fluidez con el tiempo. y prolongar el tiempo de fraguado, mejorando enormemente el rendimiento de la construcción; cuando el contenido es inferior al 0,50%, el impacto sobre la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción axial no es significativo, y una vez que el contenido es superior al 0,50%, su rendimiento mecánico se reduce en más de 1/3. Considerando diversas prestaciones, la dosis recomendada de HPMC es del 0,50%.

Palabras clave: hormigón de ultra alto rendimiento; éter de celulosa; curado a temperatura normal; resistencia a la compresión; resistencia a la flexión; resistencia a la tracción

0、Prefacio

Con el rápido desarrollo de la industria de la construcción de China, los requisitos de rendimiento del hormigón en la ingeniería real también han aumentado y se ha producido hormigón de rendimiento ultraalto (UHPC) en respuesta a la demanda. La proporción óptima de partículas con diferentes tamaños de partículas está diseñada teóricamente y, mezclada con fibra de acero y un agente reductor de agua de alta eficiencia, tiene excelentes propiedades como resistencia a la compresión ultraalta, alta tenacidad, alta durabilidad a los golpes y una fuerte autocuración. capacidad de microfisuras. Actuación. La investigación de tecnología extranjera sobre UHPC está relativamente madura y se ha aplicado a muchos proyectos prácticos. En comparación con países extranjeros, la investigación nacional no es lo suficientemente profunda. Dong Jianmiao y otros estudiaron la incorporación de fibra agregando diferentes tipos y cantidades de fibras. El mecanismo de influencia y la ley del hormigón; Chen Jing et al. estudiaron la influencia del diámetro de la fibra de acero en el rendimiento de UHPC seleccionando fibras de acero con 4 diámetros. UHPC tiene solo una pequeña cantidad de aplicaciones de ingeniería en China y aún se encuentra en la etapa de investigación teórica. El desempeño de UHPC Superiority se ha convertido en una de las direcciones de investigación de desarrollo concreto, pero aún quedan muchos problemas por resolver. Como los altos requisitos de materias primas, el alto costo, el complicado proceso de preparación, etc., restringen el desarrollo de la tecnología de producción de UHPC. Entre ellos, el uso de vapor a alta presión. El curado de UHPC a alta temperatura puede hacer que obtenga mayores propiedades mecánicas y durabilidad. Sin embargo, debido al engorroso proceso de curado con vapor y los altos requisitos de los equipos de producción, la aplicación de materiales sólo puede limitarse a los patios de prefabricación y no se puede llevar a cabo la construcción in situ. Por lo tanto, no es adecuado adoptar el método de curado térmico en proyectos reales y es necesario realizar una investigación en profundidad sobre el curado de UHPC a temperatura normal.

El UHPC de curado a temperatura normal se encuentra en etapa de investigación en China, su relación agua-aglutinante es extremadamente baja y es propenso a una rápida deshidratación en la superficie durante la construcción en el sitio. Para mejorar eficazmente el fenómeno de deshidratación, los materiales a base de cemento suelen añadir al material algunos espesantes que retienen agua. Agente químico para prevenir la segregación y el sangrado de materiales, mejorar la retención y cohesión de agua, mejorar el rendimiento de la construcción y también mejorar eficazmente las propiedades mecánicas de los materiales a base de cemento. Éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) como espesante polimérico, que puede distribuir eficazmente la lechada gelificada de polímero y los materiales en materiales a base de cemento de manera uniforme, y el agua libre en la lechada se convertirá en agua unida, por lo que no es fácil perderla. la lechada y mejorar el rendimiento de retención de agua del hormigón. Para reducir el impacto del éter de celulosa en la fluidez del UHPC, se seleccionó éter de celulosa de baja viscosidad para la prueba.

En resumen, con el fin de mejorar el rendimiento de la construcción sobre la base de garantizar las propiedades mecánicas del UHPC de curado a temperatura normal, este artículo estudia el efecto del contenido de éter de celulosa de baja viscosidad en el curado a temperatura normal basado en las propiedades químicas del éter de celulosa. y su mecanismo de acción en lodo de UHPC. La influencia de la fluidez, el tiempo de coagulación, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión, la resistencia a la tracción axial y el valor de tracción último de UHPC para determinar la dosis adecuada de éter de celulosa.

1. Plan de prueba

1.1 Prueba de materias primas y proporción de mezcla.

Las materias primas para esta prueba son:

1) Cemento: P·Cemento Portland ordinario O 52,5 producido en Liuzhou.

2) Cenizas volantes: Cenizas volantes producidas en Liuzhou.

3) Polvo de escoria: polvo de escoria granulada de alto horno S95 producido en Liuzhou.

4) Humo de sílice: humo de sílice semicifrado, polvo gris, contenido de SiO2≥92%, superficie específica 23 m²/gramo.

5) Arena de cuarzo: malla 20~40 (0,833~0,350 mm).

6) Reductor de agua: reductor de agua de policarboxilato, polvo blanco, tasa de reducción de agua≥30%.

7) Látex en polvo: polvo de látex redispersable.

8) Éter de fibra: hidroxipropilmetilcelulosa METHOCEL producida en los Estados Unidos, viscosidad 400 MPa s.

9) Fibra de acero: fibra de acero microalambre recubierta de cobre, diámetroφ es de 0,22 mm, la longitud es de 13 mm, la resistencia a la tracción es de 2 000 MPa.

Después de mucha investigación experimental en la etapa inicial, se puede determinar que la proporción de mezcla básica del concreto de ultra alto rendimiento que cura a temperatura normal es cemento: cenizas volantes: polvo mineral: humo de sílice: arena: agua agente reductor: polvo de látex: agua = 860:42:83:110:980:11:2:210, el contenido en volumen de fibra de acero es 2%. Agregue 0, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1,00% de HPMC de contenido de éter de celulosa (HPMC) a esta proporción de mezcla básica. Configure experimentos comparativos respectivamente.

1.2 Método de prueba

Pese las materias primas en polvo seco de acuerdo con la proporción de mezcla y colóquelas en la hormigonera forzada de eje horizontal único HJW-60. Encienda la batidora hasta que esté uniforme, agregue agua y mezcle por 3 minutos, apague la batidora, agregue la fibra de acero pesada y reinicie la batidora por 2 minutos. Hecho en suspensión de UHPC.

Los elementos de la prueba incluyen fluidez, tiempo de fraguado, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia a la tracción axial y valor máximo de tracción. La prueba de fluidez se determina según JC/T986-2018 “Materiales de lechada a base de cemento”. La prueba de tiempo de fraguado se realiza según GB /T 1346—2011 “Método de prueba de tiempo de fraguado y consumo de agua de consistencia estándar del cemento”. La prueba de resistencia a la flexión se determina de acuerdo con GB/T50081-2002 "Estándar para métodos de prueba de propiedades mecánicas del hormigón ordinario". Prueba de resistencia a la compresión, resistencia a la tracción axial y prueba del valor último de tracción se determina de acuerdo con el “Reglamento de prueba de concreto hidráulico” DLT5150-2001.

2. Resultados de la prueba

2.1 Liquidez

Los resultados de la prueba de fluidez muestran la influencia del contenido de HPMC en la pérdida de fluidez del UHPC con el tiempo. A partir del fenómeno de la prueba se observa que después de que la suspensión sin éter de celulosa se agita uniformemente, la superficie es propensa a deshidratarse y formar costras, y la fluidez se pierde rápidamente. y la trabajabilidad se deterioró. Después de añadir éter de celulosa, no se formó piel en la superficie, la pérdida de fluidez con el tiempo fue pequeña y la trabajabilidad permaneció buena. Dentro del rango de prueba, la pérdida mínima de fluidez fue de 5 mm en 60 minutos. El análisis de los datos de la prueba muestra que la cantidad de éter de celulosa de baja viscosidad tiene poco efecto sobre la fluidez inicial del UHPC, pero tiene un mayor impacto sobre la pérdida de fluidez con el tiempo. Cuando no se añade éter de celulosa, la pérdida de fluidez del UHPC es de 15 mm; Con el aumento de HPMC, disminuye la pérdida de fluidez del mortero; cuando la dosis es del 0,75%, la pérdida de fluidez del UHPC es la más pequeña con el tiempo, que es de 5 mm; después de eso, con el aumento de HPMC, la pérdida de fluidez de UHPC con el tiempo casi no cambia.

DespuésHPMCse mezcla con UHPC, afecta las propiedades reológicas del UHPC desde dos aspectos: uno es que se introducen microburbujas independientes en el proceso de agitación, lo que hace que el agregado, las cenizas volantes y otros materiales formen un "efecto bola", lo que aumenta la trabajabilidad Al mismo tiempo, una gran cantidad de material cementoso puede envolver el agregado, de modo que el agregado pueda "suspenderse" uniformemente en la lechada y pueda moverse libremente, se reduce la fricción entre los agregados y se aumenta la fluidez; el segundo es aumentar el UHPC. La fuerza cohesiva reduce la fluidez. Dado que la prueba utiliza HPMC de baja viscosidad, el primer aspecto es igual al segundo aspecto y la fluidez inicial no cambia mucho, pero la pérdida de fluidez con el tiempo se puede reducir. Según el análisis de los resultados de las pruebas, se puede saber que agregar una cantidad adecuada de HPMC al UHPC puede mejorar en gran medida el rendimiento de la construcción del UHPC.

2.2 Tiempo de fraguado

A partir de la tendencia de cambio del tiempo de fraguado de UHPC afectado por la cantidad de HPMC, se puede ver que HPMC desempeña un papel retardador en UHPC. Cuanto mayor es la cantidad, más evidente es el efecto retardante. Cuando la cantidad es del 0,50%, el tiempo de fraguado del mortero es de 55min. En comparación con el grupo de control (40 min), aumentó un 37,5% y el aumento aún no era evidente. Cuando la dosificación fue del 1,00%, el tiempo de fraguado del mortero fue de 100 min, el cual fue un 150% mayor que el del grupo control (40 min).

Las características de la estructura molecular del éter de celulosa afectan su efecto retardante. La estructura molecular fundamental del éter de celulosa, es decir, la estructura del anillo de anhidroglucosa, puede reaccionar con iones de calcio para formar compuestos moleculares de azúcar y calcio, lo que reduce el período de inducción de la reacción de hidratación del clínker de cemento. La concentración de iones de calcio es baja, lo que evita una mayor precipitación de Ca(OH)2, reduciendo la velocidad de la reacción de hidratación del cemento, retrasando así el fraguado del cemento.

2.3 Resistencia a la compresión

A partir de la relación entre la resistencia a la compresión de las muestras de UHPC a los 7 y 28 días y el contenido de HMPC, se puede ver claramente que la adición de HPMC aumenta gradualmente la disminución de la resistencia a la compresión de UHPC. 0,25% de HPMC, la resistencia a la compresión del UHPC disminuye ligeramente y la relación de resistencia a la compresión es del 96%. Agregar 0,50% de HPMC no tiene ningún efecto obvio sobre la relación de resistencia a la compresión del UHPC. Continuar agregando HPMC dentro del alcance de uso, UHPC's La resistencia a la compresión disminuyó significativamente. Cuando el contenido de HPMC aumentó al 1,00%, la relación de resistencia a la compresión cayó al 66% y la pérdida de resistencia fue grave. Según el análisis de los datos, es más apropiado agregar un 0,50% de HPMC y la pérdida de resistencia a la compresión es pequeña.

HPMC tiene un cierto efecto incorporador de aire. La adición de HPMC provocará una cierta cantidad de microburbujas en el UHPC, lo que reducirá la densidad aparente del UHPC recién mezclado. Una vez endurecida la suspensión, la porosidad aumentará gradualmente y la compacidad también disminuirá, especialmente el contenido de HPMC. Más alto. Además, con el aumento de la cantidad de HPMC introducida, todavía hay muchos polímeros flexibles en los poros del UHPC, que no pueden desempeñar un papel importante en una buena rigidez y soporte de compresión cuando se comprime la matriz del compuesto cementoso. Por lo tanto, la adición de HPMC reduce en gran medida la resistencia a la compresión del UHPC.

2.4 Resistencia a la flexión

De la relación entre la resistencia a la flexión de las muestras de UHPC a los 7 días y 28 días y el contenido de HMPC, se puede observar que las curvas de cambio de la resistencia a la flexión y la resistencia a la compresión son similares, y el cambio de la resistencia a la flexión entre 0 y 0,50%. de HMPC no es lo mismo. A medida que continuó la adición de HPMC, la resistencia a la flexión de las muestras de UHPC disminuyó significativamente.

El efecto de HPMC sobre la resistencia a la flexión del UHPC se debe principalmente a tres aspectos: el éter de celulosa tiene efectos retardantes y de arrastre de aire, que reducen la resistencia a la flexión del UHPC; y el tercer aspecto es el polímero flexible producido por éter de celulosa. La reducción de la rigidez de la muestra ralentiza ligeramente la disminución de la resistencia a la flexión de la muestra. La existencia simultánea de estos tres aspectos reduce la resistencia a la compresión de la muestra de UHPC y también reduce la resistencia a la flexión.

2.5 Resistencia a la tracción axial y valor último de tracción

La relación entre la resistencia a la tracción de las muestras de UHPC a los 7 días y 28 días y el contenido de HMPC. Con el aumento del contenido de HPMC, la resistencia a la tracción de las muestras de UHPC al principio cambió poco y luego disminuyó rápidamente. La curva de resistencia a la tracción muestra que cuando el contenido de HPMC en la muestra alcanza el 0,50%, el valor de resistencia a la tracción axial de la muestra de UHPC es 12,2 MPa y la relación de resistencia a la tracción es 103%. Con el aumento adicional del contenido de HPMC de la muestra, el valor de la resistencia a la tracción central axial comenzó a caer bruscamente. Cuando el contenido de HPMC de la muestra fue de 0,75 % y 1,00 %, las relaciones de resistencia a la tracción fueron de 94 % y 78 %, respectivamente, que fueron inferiores a la resistencia a la tracción axial de UHPC sin HPMC.

De la relación entre los valores de tracción últimos de las muestras de UHPC a los 7 días y 28 días y el contenido de HMPC, se puede ver que los valores de tracción últimos casi no cambian con el aumento de éter de celulosa al principio y cuando el contenido de el éter de celulosa alcanza el 0,50 % y luego comienza a descender rápidamente.

El efecto de la cantidad agregada de HPMC sobre la resistencia a la tracción axial y el valor de tracción último de las muestras de UHPC muestra una tendencia de mantenerse casi sin cambios y luego disminuir. La razón principal es que HPMC se puede formar directamente entre partículas de cemento hidratadas. Una capa de película selladora de polímero impermeable desempeña el papel de sellado, de modo que se almacena una cierta cantidad de agua en UHPC, que proporciona el agua necesaria para el desarrollo continuo de una mayor hidratación. del cemento, mejorando así la resistencia del cemento. La adición de HPMC mejora la cohesividad del UHPC dota a la suspensión de flexibilidad, lo que hace que el UHPC se adapte completamente a la contracción y deformación del material base y mejora ligeramente la resistencia a la tracción del UHPC. Sin embargo, cuando el contenido de HPMC excede el valor crítico, el aire arrastrado afecta la resistencia de la muestra. Los efectos adversos gradualmente jugaron un papel principal y la resistencia a la tracción axial y el valor de tracción último de la muestra comenzaron a disminuir.

3. Conclusión

1) HPMC puede mejorar significativamente el rendimiento de trabajo del UHPC de curado a temperatura normal, prolongar su tiempo de coagulación y reducir la pérdida de fluidez del UHPC recién mezclado con el tiempo.

2) La adición de HPMC introduce una cierta cantidad de pequeñas burbujas durante el proceso de agitación de la suspensión. Si la cantidad es demasiado grande, las burbujas se juntarán demasiado y formarán burbujas más grandes. La suspensión es muy cohesiva y las burbujas no pueden desbordarse ni romperse. Los poros del UHPC endurecido disminuyen; Además, el polímero flexible producido por HPMC no puede proporcionar un soporte rígido cuando está bajo presión, y las resistencias a la compresión y a la flexión se reducen considerablemente.

3) La adición de HPMC hace que el UHPC sea plástico y flexible. La resistencia a la tracción axial y el valor de tracción último de las muestras de UHPC apenas cambian con el aumento del contenido de HPMC, pero cuando el contenido de HPMC excede un cierto valor, la resistencia a la tracción axial y los valores de tracción último se reducen considerablemente.

4) Al preparar UHPC de curado a temperatura normal, la dosis de HPMC debe controlarse estrictamente. Cuando la dosis es del 0,50%, la relación entre el rendimiento de trabajo y las propiedades mecánicas del UHPC de curado a temperatura normal puede coordinarse bien.